MINILED背光LCD和MICROLED直顯混合拼接的超大尺寸顯示系統的設計

1 現狀

現如今，MINILED/MICROLED 技術不斷發展，同時超大尺寸（150 寸以上）顯示越來越受到關注。目前在超大尺寸顯示領域，一種技術是LCD 拼接，一種是MINI/MICROLED 直顯。LCD 拼接存在拼接縫問題，這是由于LCD 本身玻璃存在黑邊以及拼接時結構因素導致，因而無法做到較好的顯示效果。而MINI/MICROLED 直顯則存在良率低，成本高，功耗高等多方缺點，難以實現大顯示面積的量產以及商業化。目前，針對超大尺寸顯示技術中存在的拼接縫的問題，尚未提出有效的解決方案。

2 整體方案

本設計采用MINILED背光的LCD 和MICROLED直顯混合拼接的方式來實現超大尺寸、無縫拼接、低成本的顯示。有別于傳統的LCD拼接出現的拼接縫問題， 本設計將在拼接縫區域采取MICROLED填充顯示，通過SOC/FPGA算法切割圖像，并重新按像素點分配圖像來補充LCD拼接縫的顯示內容，從而實現大尺寸無縫拼接顯示。整體顯示方案框架如圖1 所示，可隨意拼接以及擴展。

圖1 整體顯示方案框架圖

3 模組拼接與填充

LCD顯示區域采用傳統成熟方案，搭配MINILED背光實現多分區顯示，提高顯示區域亮度。如圖2 所示LCD面板在有MINILED背光區域是可視圖像區，而在背光燈兩邊的結構件及電路區域則沒有圖像顯示，在視覺上等同于一條黑邊的效果。在超大尺寸的拼接顯示系統中，每兩兩LCD 拼接后就會因為該黑邊及拼接結構件導致的拼接縫問題，給觀看者造成圖像斷裂或者缺失的不良視角效果。

圖2 LCD顯示結構示意圖

本設計在上下或者左右兩塊LCD 拼屏之間的拼接區域A/B，采用MICROLED 直顯顯示模組進行填充，如圖3 所示。同時可將MICROLED 模組填充區域分為縱向A 系列以及橫向B 系列，如圖1。并可根據實際拼接LCD 數量的不同，分別依次將縱向拼接區域由左向右定義為A1、A2、A3……，將橫向拼接區域由上向下定義為B1、B2、B3……等。顯示模組貼裝于對應拼接區域的LCD 面板及拼接結構件表面。由于MICROLED顯示模組厚度僅2mm 左右，相對與LCD 面板的視覺不平整度并不明顯，再加上本應用為超大尺寸顯示方案，觀看距離通常在8 m 以上，兩種拼接顯示材料的不平整度相對觀看距離小于0.25% 的誤差，基本可以忽略不計，不會影響觀看效果。

圖3 MICROLED顯示模組填充示意圖

4 圖像切割與重組

原始圖像數據由FPGA 處理后，切割成所需要的顯示區塊內容，分別通過HDMI/DP或者其他數據傳輸形式，傳輸給對應顯示模組，從而實現圖像高質量顯示。FPGA需要具備強大的運算能力以及多輸出接口，圖像切割與重組系統框圖如圖4。

圖4 圖像切割與重組系統框圖

FPGA 處理算法與顯示圖像分辨率、LCD 面板的拼接數量、LCD 面板可視圖像區域與拼接區寬度相關。本文以4k（3 840×2 160）的顯示圖像分辨率為例進行說明，定義LCD 面板拼接數量橫向有n 塊，縱向有m 塊（n 和m 均為非零自然數），LCD 面板可視圖像區長度為l，寬度為h，拼接區長度為a，寬度為b，以拼接后整體顯示模組的左上角為原點計算，圖像切割后任意LCD面板及MICROLED模組（LCD 面板拼接區處填充）的起始和截止像素對應切割前原圖像的像素點符合以下算法。某LCD 面板或MICROLED 模組（LCD 面板拼接區處填充）位于整體拼接模組的橫向第i 個，及縱向第j 個（i 和j 均為非零自然數），那么在FPGA 算法中，該LCD 面板模塊橫向的起始像素PLs 對應切割前原圖像水平像素為：

   (1)

該LCD 面板模塊橫向的截止像素PLe 對應切割前原圖像水平像素為：

   (2)

該MICROLED 模組橫向的起始像素PMs 對應切割前原圖像水平像素為：

   (3)

該MICROLED模組橫向的截止像素PMe 對應切割前原圖像水平像素為：

   (4)

該LCD面板模塊縱向的起始像素QLs對應切割前原圖像垂直像素為：

   (5)

該LCD面板模塊縱向的截止像素QLe對應切割前原圖像垂直像素為：

   (6)

該MICROLED模組縱向的起始像素QMs對應切割前原圖像垂直像素為：

   (7)

該MICROLED模組縱向的截止像素QMe對應切割前原圖像垂直像素為：

   (8)

以上算法PLs、PLe、QLs、QLe 對應傳輸給LCD顯示模組，PMs、PMe 對應傳輸給MICROLED 縱向顯示模組A 系列，QMs、QMe 對應傳輸給MICROLED橫向顯示模組B 系列，完成FPGA 圖像切割之后的重新拼接顯示。

5 結束語

本設計的關鍵在于將LCD 與MICROLED 顯示技術相結合，配合相關圖像切割算法完成拼接顯示，用于克服單獨MICROLED 顯示的高成本高功耗，以及單獨LCD 拼接顯示出現的拼接縫等影響視覺效果的問題。不僅可以實現超大尺寸大屏低成本拼接顯示，也可以推動MICROLED 進一步商業化訴求。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年7月期）